优化信号肽与补料策略显著提升巴斯德毕赤酵母中豆血红蛋白LegH的分泌表达效率

本研究针对植物基人造肉关键添加剂豆血红蛋白(LegH)在巴斯德毕赤酵母(Komagataella phaffii)中分泌效率低下的问题，通过α-Mat信号肽V50A突变体筛选和μ-STAT补料策略优化，将LegH分泌效价提升至6.0 g/L，创目前报道最高水平，为工业化生产高附加值血红素蛋白提供新范式。

　　

豆血红蛋白(LegH)作为赋予植物基人造肉类肉色泽与风味的关键蛋白，其工业化生产面临传统提取工艺复杂、胞内表达纯化成本高等瓶颈。尽管微生物合成展现出潜力，但现有体系如大肠杆菌(Escherichia coli)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)存在分泌能力弱、效价低等问题。巴斯德毕赤酵母(Komagataella phaffii)虽具备强分泌能力，但LegH的分泌效率与规模化发酵策略仍有巨大优化空间。

江南大学研究团队在《Process Biochemistry》发表的研究中，基于前期构建的P1H9强化菌株，通过信号肽改造与发酵工艺创新，实现了LegH分泌效价的突破性提升。研究采用信号肽定向进化技术筛选α-Mat突变体，结合5 L发酵罐的μ-STAT动态补料与碳源协同策略，最终使LegH效价较初始水平提升20倍。

信号肽工程显著提升分泌效率
通过比对天然α-Mat信号肽及其突变体，发现V50A突变使LegH分泌效率提升151%。分子动力学模拟揭示该突变通过降低信号肽疏水性，优化了与分泌 machinery的相互作用。

μ-STAT补料策略优化
在5 L发酵罐中，采用μ-STAT（比生长速率反馈）甲醇流加策略，配合50 g/L山梨醇协同补料，使细胞死亡率降低60%，LegH效价从1.1 g/L提升至4.5 g/L。

基因剂量效应验证
通过构建LegH表达盒的双拷贝菌株，在μ-STAT控制下最终效价达6.0 g/L，证实基因拷贝数与分泌效价呈正相关。

该研究不仅创下LegH分泌效价新纪录，更建立了适用于K. phaffii的通用型分泌表达框架。V50A突变信号肽的发现为其他真核蛋白分泌提供新工具，μ-STAT与山梨醇协同策略突破了甲醇毒性的发酵瓶颈。从产业化视角看，该技术使LegH生产成本降低约40%，加速了植物基蛋白的商业化进程。研究团队指出，该体系可拓展至其他高价值血红素蛋白生产，为合成生物学在食品工业的应用树立了新标杆。